C++ Overview

C++ Overview 潘爱民 panaimin@icst.pku.edu.cn http://www.icst.pku.edu.cn/CompCourse/

内容简介 • C++语言基础 • Object-Based Programming • Object-Oriented Programming • STL

C++之我见 • C++语言在变化，我们的概念也要调整变化 • 最能反映OO思想的语言，掌握C++有助于理解OO • 区分C和C++，C++不是C语言，不要用看待C语言的方式来看待C++

掌握C++语言的基础知识 • 操作系统的基础知识 • 文件API、内存管理…infrastructures • 计算机原理 • 汇编语言 • C/C++是产生ASM代码的framework • 编译和执行过程 • 编译过程 • 执行过程 • 许多概念 • 进程、heap、stack，...

程序开发过程 开发编辑源程序 file.cpp 编译目标程序 file.obj Yes 出错？ No 可执行程序file.exe 链接库函数和其它OBJ 执行 No 结果正确？ Yes 结束

Build过程：compile time • Compile + link • 如何对待错误和警告 • 错误：一定要排除，从第一个错误找起 • 警告：或者排除，或者确实理解不会对程序造成危害 • 学会设置compile options和link options • IDE中如何设置？ —— 一定要知道！ • 命令行如何设置？ • 程序代码中如何设置？

执行过程：runtime • Load、重定位、初始化、main • 如何调试 • 断点 • assertion • 程序对环境的依赖性 • 系统环境 • CRT • 内存影像

C++语言内容 • 数据类型 • 内置(built-in)、标准库、自定义的 • 表达式 • 控制语句 • 函数(模板) • 异常处理

函数模板 • 例子： template <class Type> Type min(Type a, Type b) { return a<b?a:b; } min(10,20); min(10.0, 20.0); • 模板实例化 ——由参数决定 • 隐式实例化 • 显式实例化 • min<int>(10,20);

函数模板(续) • 两种编译模式： • inclusion模式 • separation模式(export关键字) • 模板特化 • 重载函数模板

异常处理(exception handling) • 错误处理机制、错误代码隔离 • Throw(raise) an exception • Throw expression • 类似于return 语句 • Try、catch语句(handler) • try{} • catch(type){} 或 catch(type obj){} • 类似于函数调用 • 但是类型匹配发生在runtime

异常处理(续) • 嵌套机制，如果最外层没有处理，则由terminate来处理 • Local object正常析构 • rethrow • 在catch子句中仍然可以throw • Catch all handler • catch(…) • 声明函数时指定函数可能的异常 • int func(int) throw(string); • 如果没有指定的异常发生，调用unexpected()

Object-Based Programming • class实现数据封装 • 对象 • 构造函数与析构函数 • 访问控制、友元 • 嵌套类 • 类中成员初始化 • 虚拟函数 • 类中运算符重载 • 类模板

this指针 • 在类的内部指向类自身的指针 • 在每个成员函数中，this指针提供了使用上的方便 • this指针把类的多个实例对象区分开来

函数模板 即以数据类型为“参数”的函数例如： template < class T > Swap( T &a, T&b) { T temp; temp = a; a = b; b = temp; } 类模板(模板类或类生成器) 即以数据类型为“参数”的类例如： template < class T > class Stack { private : T pool[maxNum]; int sp; public: Stack(); void Push(T x); T Pop(); BOOL IsEmpty() const; BOOL IsFull() const; }; 使用： Stack < int > intStack; Stack < float > float Stack; 模板

定义模板 实例化模板参数：类型参数、非类型参数两种编译模式： inclusion模式 separation模式(export关键字) 类模板特化(class template specializations) 类模板部分特化(class template partial specializations) 模板(续)

从面向过程转换到面向对象 • 面向过程以功能为组织单元在C语言中以函数作为功能单元；通过数据结构来描述具体的问题；数据在功能(函数)之间以参数的形式被传送。 • 面向对象用类class封装数据以及与数据相关的操作；用类的继承性来实现类的重用性；多态性。

Object-Oriented Programming • CShape • CPoint • CLine • CCircle • CArc • CText CShape CPoint CLine CCircle CArc CText

多态性是面向对象的一个支柱 允许程序在实施对象的操作时，允许对象按不同的方式完成不同类型对象的操作；不同类型对象有自己实现操作的方法。虚拟函数虚拟函数实现了多态性。说明：在函数说明之前加上关键字virtual 在基类的说明中，定义虚拟函数： virtual void Display(); 调用： CShape *pShape = GetCurrentShape(); pShape->Display(); 多态性和虚拟函数

Vptr指针和vtab表 class A { private : int value; public: virtual void Func1(void) virtual void Func2(void) }; 对象的内存分布图变量偏移量 vptr 0 value 4 vtab A::Func1 A::Func2

class B : pulic A { private : int value1; public: virtual void Func1(void) virtual void Func2(void) }; 对象的内存分布图(续一) 变量偏移量 vptr 0 value 4 value1 8 vtab B::Func1 B::Func2

class B : pulic A { private : int value1; public: virtual void Func1(void) }; 对象的内存分布图(续二) 变量偏移量 vptr 0 value 4 value1 8 vtab B::Func1 A::Func2

Public继承 “is-a”关系 private继承 “has-a”关系可以用复合类或者嵌套类来表示 protected继承比private继承放宽限制 virtual继承单个共享实例虚基类的构造由the most derived class完成继承关系

Static_cast Dynamic_cast 向下转换 void Draw(CShape *shape) { //shape->DrawRect() //shape->DrawCircle() if (dynamic_cast<CRect *>(shape)) {…} } RTTI：typeid 类型转换

Static_cast类型转换 class B { ... }; class D : public B { ... }; void f(B* pb, D* pd) { D* pd2 = static_cast<D*>(pb); // not safe, pb may // point to just B B* pb2 = static_cast<B*>(pd); // safe conversion ... }

Static_cast类型转换(续) class B { ... }; class D : public B { ... }; void f(B* pb) { D* pd1 = dynamic_cast<D*>(pb); D* pd2 = static_cast<D*>(pb); }

C标准库 iostream library cin、cout、cerr ostream& operator <<(ostream& os, const MyClass) istream& operator >>(istream& os, MyClass&) STL(Standard Template Library) C++标准库

作者：Alexander Stepanov 目标：高效、灵活地实现各种算法思想：对算法进行抽象，与数据表示分开以模板技术为基础函数模板类模板 C++的发展使得这种思想得以实现 Generic Programming

Object-Based Programming 有关class的各种设计技术函数对象(function objects) 重载了函数调用操作符()的类模板函数模板类模板模板特化 STL基础

STL思想 数据类型算法容器

算法(Algorithm) Iterator Iterator Iterator 对象对象对象容器(Container) STL实现

STL容器 • 顺序容器(Sequence Container) • vector • deque • list • 关联容器(Associative Container) • set • multiset • map • multiset

STL迭代器 • 迭代器(Iterator)是指针(pointer)的泛化输入迭代器任意访问双向迭代器向前迭代器输出迭代器

STL算法 • 改变顺序的操作 • reverse、replace • 不改变顺序的操作 • for_each、find • 排序及相关操作 • sort、rotate • 常用的数字操作 • count、sum_up

使用STL void main() { int ia[7] = {0,1,2,3,4,5,6}; list<int> ilist(ia, ia+7); // 以陣列做為 list 的初值 for_each(ilist.begin(), ilist.end(), pfi); // 0 1 2 3 4 5 6 ilist.push_back(7); ilist.push_back(0); ilist.push_back(7); ilist.push_back(9); for_each(ilist.begin(), ilist.end(), pfi); // 0 1 2 3 4 5 6 7 0 7 9 ilist.remove_if(bind2nd(modulus<int>(), 2)); // 去除所有奇數 for_each(ilist.begin(), ilist.end(), pfi); // 0 2 4 6 0 } #include <functional> #include <list> #include <iostream> #include <algorithm> using namespace std; template <typename T> void print_elements(T elem) { cout << elem << " "; } void (*pfi)(int) = print_elements;

C++参考书 “C++ Programming Language” “C++ Primer”(3/e) “Design and Evolution of C++” “Inside the C++ Object Model” “Effective C++”(2/e) “More Effective C++” “Exceptional C++” “C++ Strategies and Tactics” “Generic Programming and the STL” ……

C++ Overview

C++ Overview

Presentation Transcript

c = - 30 c = - 38 c = - 22 c = 20

C reation C ovenant C onquest ‘ C’ ingdom C ollapse/Restoration C hrist C hurch C ulmination

C hange, C hange, C hange, C hange

C/C

Bluestolva i C-dur: 4/4 C | C | C | C |

c → at c at c → all c all

C C

C c

C/C++ Basics

C/C++

Low-C High-C Low-C High-C

C++ vs C

c C

C C C B C

Accelerated C/C++

C hallenged C ommissioned C ompelled C ompensated

C, C++

– C – C – C –

C, C++

C = 7 C = 10 C = 8 C = - 10 C = - 8 C = - 7

C C C Bible Study

C ontent C overage C urrentness C ompleteness C onsistency C orrectness C ompatibility